在比特币网络中，每个节点均需具备一定的比特币算力，例如50T功率。若节点希望生成新区块并记录至区块链，就必须解开比特币网络所设置的工作量证明难题。此难题的关键要素包括：工作量证明函数、区块结构和难度值。 **工作量证明函数** SHA（安全散列算法）是广泛应用于数字签名标准的密码散列函数家族。由美国国家安全局（NSA）设计，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布。SHA256是该家族中的一种，输出值为256位的哈希算法。截至目前，SHA256算法尚未出现有效的攻击手段。 **区块** 比特币区块由区块头和交易列表组成。区块头大小为80字节，包含以下信息： - 4字节：版本号 - 32字节：上一个区块的哈希值 - 32字节：交易列表的Merkle根哈希值 - 4字节：当前时间戳 - 4字节：当前难度值 - 4字节：随机数Nonce值 这80字节组成的区块头即为比特币Proof of Work（PoW）算法的输入字符串。交易列表紧随区块头之后，其中第一笔交易为矿工获得的奖励和手续费。 **bitcoin-0.15.1源码中的区块头和区块定义** **难度值** 难度值是矿工挖矿过程中的重要参考指标，它决定了矿工需要经过多少次哈希运算才能产生一个合法的区块。比特币区块大约每10分钟生成一个，若要保持这一速率，难度值需根据全网算力的变化进行调整。 **难度的调整** 每个完整节点会独立自动调整难度。每2016个区块，所有节点将根据统一的公式自动调整难度，该公式基于最新2016个区块花费时长与期望时长的比较。实际时长与期望时长的比值决定调整方向（变难或变易）。若区块生成速率超过10分钟，则增加难度；反之，则降低难度。 **新难度值 = 旧难度值 * (过去2016个区块花费时长 / 20160分钟**) **工作量证明的目标值** 比特币工作量证明的目标值（Target）的计算公式如下： **目标值 = 最大目标值 / 难度值** 其中，最大目标值是一个恒定值：0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF。 目标值的大小与难度值成反比。比特币工作量证明的达成要求矿工计算出的区块哈希值必须小于目标值。 **比特币工作量证明的过程** 矿工需要不断变换区块头，通过SHA256算法计算出区块哈希值，使其小于目标值。这一过程需要大量计算资源，因此难度较高。
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